DIKTAT
SISTEM MIKROPROSESOR
DISUSUN OLEH:
IRWAN KURNIAWAN, ST
POLITEKNIK JAMBI
2012
BAB I Pengenalan Mikroprosesor
1.
Perkembangan Mikroprosesor
Mikroprosessor dapat dikelompokkan menurut teknologi yang dipergunakan, menurut
jumlah bit data, menurut struktur atau menurut kemampuan/karakteristik mikroprosessor dan menurut
fungsi dari mikroprosessor
itu sendiri.
Berdasarkan
jumlah bit data (Word Size) pada waktu ini telah terdapat banyak macam
mirkoprosessor,
mulai dari mikroprosessor
1bit, 4bit, 8 bit. 16 bit, 32 bit dan 64 bit. Selain itu mirkoprosessor dapat
pula dikelompokan
menurut fungsi dan integrasisnya adalah sebagai berikut:
Mikroprosessor Monolotik
(Chip Tunggal)
Mikrokomputer chip tunggal (One – chip Mircocomputer)
Mikroprosessor (atau Prosessor) Bit – Slice
1.1
Mikroprosessor 4 bit
Mikroprosessor
intel 4004 merupakan mirkroprosessor pertama yang diperkenalkan pada tahun 1971. Mikroprosessor tersebut memperguanakan teknologi
PMOS. Selain itu telah
dikembangkan pula beberapa buah mirkoprosessor 4 dengan teknologi yang sama dan dengan teknologi yang lain. Alasan
disebut mikroprosessor
4 bit adalah karena mikroprosessor ini hanya mampuh mengolah
data 4 bit.
1.2
Mikroprosesor 8 bit
Mikroprosessor 8 bit merupakan mikroprosessor standard yang memperguanakan
teknologi PMOS atau NMOS dan umumnya berupa mikroprosessor monolitik. Mikroprosessor ini diperkenalkan pada tahun 1975. sifat khusus mirkoprosessor ini adalah : Harga Murah, dengan kepadatan
komponen sangat tinggi, daya yang cukup rendah tetapi dengan kecepatan
yang relatif rendah pula. Beberapa contoh
diantaranya adalah : Motorola 6800, 6809, Intel 8080, 8085 dan Zilog Z-80 yang semuanya mempergunakan Teknologi NMOS.
1.3
Mikroprosesor 16 bit
Pada mikroprosesor
16 bit, bagian ALU (Arithmetic Logic Unit), register dalam dan sebagian
besar
intruksinya dirancang
untuk dapat
berkeja dengan binary words sebesar 16. mikroprosessor ini
makin populer dan terlihat mulai menggeser mikroprosessor 8
bit dalam kedudukannya sebagai mikroprosessor standard. Beberapa jenis
mikroprosessor 16 bit yang
cukup
dikenal adalah : 8086, 8088,
80186, 80188, 80286, 80288 (intel), Motorola MC68000, Zilog Z8000 dan
Texas Instruments 9900. Mikroprosessor 8086 mempunyai bus data 16
bit, sehingga dapat menulis atau membaca
data ke/dari memori atau
port input/output sebesar
16 bit atau 8 bit setiap saat, mikroprosessor
ini mempunyai
bus alamat 20 bit, sehingga dapat mengalamati sebanyak 220 = 1,048,57626 lokasi memori.
1.4
Mikroprosesor 32 bit
Dengan
Perkembangan
yang
pesat dalam teknologi
rangkaian terintegrasi
jenis VLSI, maka teknologi mikroprosessor berkembang pula dalam arah jumlah bit data yang makin meningkat disamping peningkatan dalam segi kemampuan lainya. Pada sekitar tahun 1984/1985
telah
diperkenalkan
mikroprosessor 32
bit, yang dapar
bekerja dengan
memori
dalam
orde
Mega
byte.
Contohnya
NS32032,
Motorola
68020, Western Electric WE32000.
1.5
Mikroprosesor 64 bit
Mikroprosessor ini
diperkenalkan
pada tahun 2002 pertamakali Oleh AMD. Dengan menggunakan mikroprosessor
64 bit dapat bekerja dengan memori dalam orde giga byte bahkan sampai tera byte. Mikroprosessor ini dikenal dengan
sebutan
prosessor64. Kemampuan
mikroprosessor
64 bit dapat mengolah
gambar
dalam
bentuk tiga dimensi.
2.
Pengertian Umum
|
2.1.
Mikroprosessor
Mikroprosessor adalah Central Processing Unit dari sebuah computer, tanpa memori, I/O unit, dan peripheral yang dibutuhkan oleh suatu system lengkap.
Sebagai contoh 8088 dan 80x86 adalah
suatu mikroprosessor yang membutuhkan perangkat pendukung berupa RAM, ROM dan I/O unit.
Bila sebuah mikroprosessor dikombinasikan (CPU) dengan memori dan I/O unit dapat
juga dilakukan dalam level chip yang menghasilkan single chip mikrokomputer (SCM) untuk membedakannya dengan mikrokomputer.
Untuk selanjutnya
karena fungsinya SCM dapat disebut mikrokontroller.
- Pada sistem komputer mikroprosesor memiliki 3 tugas utama:
1.
Mentransfer data antara mikrorprosesor sendiri dan memori atau sistem I/O
2.
Menjalankan operasi aritmatika atau operasi logika
3.
Menentukan aliran program melelaui keputusan sederhana
2.2.
CPU (Central Prossesing Unit)
Unit Pengelola pusat (CPU) terdiri atas dua
bagian,
yaitu unit
pengendali (Control Unit) serta
aritmatika dan
logika (ALU). Fungsi
utama unit pengendali adalah mengambil, mengkode, dan melaksanakan urutan intruksi
sebuah program yang tersimpan dalam memori. Unit
pengendali
mengatur urutan
operasi
seluruh system. Unit juga menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali yang diperlukan untuk menyerempakkan operasi, juga
aliran dan intruksi program.
Unit Pengontrol mengendalikan aliran informasi pada bus data dan
bus
alamat, dilanjutkan dengan menafsirkan dan
mengatur sinyal yang terdapat
pada bus pengendali. Unit aritmatika dan logika melaksanakan pengelohan data secara
aritmatika (aljabar)
dan secara logika
(fungsi
OR, NOT,
AND, dan XOR).
2.3.
Bus
Bus adalah kumpulan jalur
yang menghubungkan
ketiga
komponen
di
atas. Bus dapat dianalogikan
sebagai jalan
umum di muka rumah kita yang dapat kita lewati
jika hendak menuju
rumah
tetangga,
kantor, dsb. Bedanya, di jalan umum
pada suatu waktu bisa
terdapat banyak
orang atau kendaraan yang melewatinya;
sedangkan untuk bus, pada suatu
saat hanya bisa ada satu keadaan (biner) untuk setiap jalurnya. Dengan kata lain, ada banyak komponen yang terhubung
ke bus, tapi hanya
sebuah
komponen
yang akan mengisi
bus
tersebut
pada
suatu
saat.
Bus dalam sistem komputer dibagi
menjadi 3 kelompok:
Bus alamat (address bus), yang
digunakan
oleh
mikroprosesor untuk
mengirim informasi
alamat memori
atau port I/O yang akan dihubungi
olehnya. Ukuran
bus alamat menentukan berapa kapasitas
memori yang ada, misalnya ukuran bus alamat
16
16 bit (16 jalur alamat)
akan
mampu mengalamati
2
atau
65536
(64 kb) lokasi
memori. Perhatikan arah panah ke dan dari bus alamat pada Gambar 1.1
Bus data
(data bus), yang digunakan untuk lewatnya
data dari
dan
ke masing- masing komponen di atas. Bus data mempunyai ukuran tertentu misalnya 8, 16, atau
32 jalur. Ukuran ini tidak harus sama dengan ukuran data pada setiap lokasi memori.
Misalnya apabila berukuran memori adalah 8 bit, maka dengan bus data 32 bit akan dapat memindahkan 4 data (menulis/membaca 4 lokasi memori) sekaligus.
Bus kendali
(control bus), yang berisi jalur-jalur untuk keperluan pengiriman sinyal
kendali antar komponen, misalnya sinyal yang
menandakan isyarat untuk membaca, atau
menulis,
pemilihan memori
atau
port, interupsi,
dll. Isyarat-isyarat
ini yang kemudian
menentukan aksi apa
yang harus dilakukan oleh masing-masing
komponen.
2.4.
Memori
Suatu sistem mikroprossesor/mikrokontroller maupun komputer memerlukan memori untuk tempat menyimpan program/data.
Ada beberapa
tingkatan memori, diantaranya adalah register internal,
memori utama, dan memori massal, register internal adalah memori di dalam ALU. Waktu akses register
sangat
cepat umumnya
kurang
dari
100ns. Memori utama
adalah memori suatu
system. Ukurannya berkisar antara 4 Kbyte sampai
64Kbyte. Waktu akses lebih lambat dibandingkan register internal, yaitu antara 200
sampai 1000ns. Memori
massal
dipakai untuk menyimpan berkapasitas
tinggi, biasanya berbentuk disket, pita magnetic, atauk kaset.
2.5.
RAM
RAM (Random Acces Memory) adalah memori yang dapat dibaca atau ditulis.
Data dalam RAM akan terhapus (bersifat Volatile) bila
catu daya dimatikan. Oleh karena
sifat RAM
yang volalite ini, maka program
mikroprossesor/mikrokontroller
tidak tersimpan dalam RAM. RAM hanya digunakan untuk menyimpan data sementara, yaitu data yang tidak
begitu
vital bila
hilang
akibat aliran daya
terputus.
Ada dua teknologi yang dipakai untuk membuat
RAM, yaitu RAM static dan RAM dinamik. Dalam
RAM static, satu bit infromasi disimpan dalam
sebuah flip- flop. RAM static tidak memerlukan penyegar dan penangannanya tidak terlalu rumit. Isi dari
RAM tetap
tersimpan
selama
daya diberikan.
Dua contoh
RAM
static adalah
6116 dan 6264 yang masing-masing berkapasitas 2 kb dan 8 kb.
RAM dinamik menyimpan bit
informasi sebagai
muatan. Sel
memori elemeter dibuat
dari kapasitansi
gerbang
substrat
transistor MOS.
Keuntungan RAM
dinamik
adalah sel-sel memori lebih kecil sehingga memerlukan tempat yang lebih
sempit,
sehingga RAM dinamik menjadi
lebih kecil
dibandingkan
dengan RAM static. Contoh
RAM dinamik adalah 4116 yang berkapasitas 16384 x 1 bit.
Kerugian
menggunakan RAM dinamik adalah
bertambahnya
kerumitan pada papan memori, karena
diperlukan rangkaian
untuk proses penyegaran
(refresh). Proses penyegaran untuk kapasitor ini dilakukan setiap 1 atau 2
mili detik.
2.6.
ROM
ROM (Read
Only
Memory)
merupakan memori
yang hanya
dapat dibaca.
Data dalam ROM tidak
akan terhapus meskipun catu daya
diputuskan (bersifat
nonvolalite)
karena
sifatnya yang
demikian, ROM digunakan untuk
menyimpan program.
Ada beberapa tipe
ROM, diantaranya adalah ROM, PROM, EPROM,
dan EEPROM, ROM adalah
memori yang
sudah
deprogram oleh pabrik, PROM (Programable Read
Only Memori)
dapat
diprogram
oleh
pemakai, tetapi
hanya sekali program
saja atau yang disebut
OTP
(One Time Programmable),
alternative lain
adalah
menggunakan EPROM (Eraseable Programmable Read Only
Memory), yaitu
PROM yang dapat
diprogram ulang.
Isi EPROM
dihapus
dengan menggunakan sinar Ultra Violer. Isi EPROM setelah
dihapus akan berlogika 1. pemograman EPROM adalah
mengubah
logika 1
menjadi
0. EEPROM
(Electrical Eraseable
Programmable Read Only Memory) yaitu PROM
yang dapat diprogram
ulang. Isi program dihapus menggunakan suatu tegangan listrik.
2.7.
Input/Output
Untuk melakukan hubungan
dengan peranti diluar sistem, dibutuhkan
alat I/O (input/output). Sesuai dengan namanya, alat I/O
dapat menerima data dari mikroprosessor/mikrokontroller.
Ada dua macam perantara
I/O yang
dipakai, yaitu peranti
untuk hubungan
serial (UART)
dan
piranti
untuk hubungan parallel
(PIO). Pada
mikrokontroller
MCS`51 kedua macam I/O tersebut sudah tersedia didalamnya.
UART adalah perantara serial universal. UART
(Universal Asynchronous
receiver transmitter) yang merupakan
pengirim penerima tak serempak
universal.
Kerja UART
adalah
mengubah
masukan parallel
menjadi keluaran serial.
UART adalah mengubah
masukan serial menjadi
keluaran parallel dan mengubah
masukan parallel menjadi serial.
PIO (Paralel Input Output) merupakan perantara untuk hubungan data dalam
format
parallel.
PIO adalah alat
yang dapat deprogram
dan menyediakan perantara masukan dan keluaran dasar untuk data parallel 8 bit.
BAB II
Sistem Bilangan dan Gerbang Logika
Sistem
bilangan desimal atau
denary,
yaitu sistem
bilangan
dengan
basis
10, yang mempunyai
10
buah simbol yaitu
0,1,2,...,9. tetapi sistem ini tidak
selalu merupakan
pilihan terbaik
untuk setiap aplikasi.
Sistem biner
yang lebih sederhana pilihan
lebih cocok digunakan pada elektronika digital. Sistem biner merupakan sistem bilangan berbasis
2 dan hanya mempunyai
dua simbol
yaitu 1 dan
0.
sistem lain yang
sering digunakan adalah
sistem bilangan dengan
basis
8 atau oktal
dan
sistem bilangan dengan basis
16
atau heksadesimal.
1.
Sistem Bilangan Desimal dan Biner
Dalam sistem denary, yang lebih dikenal dengan
sistem
bilangan
desimal, nilai yang terdapat pada kolom ketiga pada tabel dibawah yaitu A
disebut satuan, kolom
kedua yaitu B disebut
puluhan,
C disebut ratusan
dan seterusnya. Kolom A,B,C menunjukkan
kenaikan pada eksponen dengan basis 10 yaitu 100 = 1, 101 = 10,
102 = 100.
Tabel 2.1 Tabel Ekponensial Bilangan
Desimal
|
C |
B |
A |
|
102 |
101 |
100 |
|
Ratusan |
Puluhan |
Satuan |
Setiap kolom
pada
sistem
bilangan biner,
yaitu
sistem
bilangan
dengan
basis
2, menunjukkan eksponen dengan basis 2 yaitu 20 = 1, 21 = 2, 22 = 4 dan seterusnya. Setiap digit biner disebut bit, bit paling kanan disebut Least Significant
Bit (LSB) dan bit paling kiri disebut Most Significant Bit (MSB).
Tabel. 2.2
Bilangan Biner
|
Desimal |
Biner |
||
|
C (4) |
B (2) |
A (1) |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
|
6 |
1 |
1 |
0 |
|
7 |
1 |
1 |
1 |
a.
Konversi Bilangan Desimal ke Bilangan Biner
Konversi bilangan
desimal
ke biner dapat dilakukan dengan kombinasi intuis
dan metode coba-coba (trial
and error). Bilangan desimal yang diketahui dipisah-pisahkan kedalam sejumlah bilangan pangkat dengan basis 2.
Tabel 2.3 Konversi Bilangan
Desimal ke Biner
|
Bilangan Desimal |
Kolom Biner |
Bilangan Biner |
|||||
|
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
||
|
15 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
001111 |
|
22 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
010110 |
|
45 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
101101 |
|
52 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
110100 |
Sebagai Contoh
2210 nilainya lebih kecil
dari 25(=32), maka
bit 0 akan d itempatkan pada kolom tersebut. Tetapi
22 lebih besar dari 24 (=16), sehingga bit 1 ditempatkan
pada kolom tersebut. Sisanya
adalah
22 – 16 = 6 yang
lebih besar dari
22 (= 4) sehingga bit
1
ditempatkan pada kolom tersebut, sehingga
sisanya
6 – 4 = 2 sisa ini akan
menghasilkan bit 1 yang harus dipasang
pada kolom
21 (= 2) dan
bit
0 ditempatkan pada
kolom 20 (= 1) sehingga bilangan
2210 =
0101102.
Cara
lain
adalah dengan
pembagian. Bilangan
desimal
yang akan
diubah secara berturut-turut
dibagi 2,
dengan memperhatikan sisa
pembagiannya. Sisa pembagian akan bernilai
0
atau 1
yang akan membentuk bilangan biner dengan sisa
yang terakhir menunjukkan MSBnya, sebagai Contoh
untuk mengubah 52
10
berikut :
52/2 = 26 sisa 0, LSB
26/2 = 13 sisa 0
13/2 = 6 sisa 1
6/2 = 3 sisa 0
3/2 = 1 sisa 1
1/2 = 0 sisa 1, MSB
menjadi bilangan biner, diperlukan langkah-langkah
b.
Konversi Bilangan Biner ke Bilangan Desimal
Untuk mengubah bilangan biner ke dalam bilangan desimal
yaitu dengan menggunakan
subskrip contoh mengubah bilangan biner 11102 ke dalam bilangan desimal.
1110 = 1 x 23
2
+ 1 x 22
+ 1 x 21
+ 0 x 2 1
= 8 + 4 + 2 + 0 = 1410
2. Bilangan Heksadesimal
Bilangan heksadesimal,
sering disingkat dengan hex adalah bilangan dengan basis 16 dan mempunyai 16 simbol yang berbeda.
Tabel 2.4 Bilangan Hexadesimal ke Desimal
|
Heksadesimal |
Desimal |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
2 |
2 |
|
3 |
3 |
|
4 |
4 |
|
5 |
5 |
|
6 |
6 |
|
7 |
7 |
|
8 |
8 |
|
9 |
9 |
|
A |
10 |
|
B |
11 |
|
C |
12 |
|
D |
13 |
|
E |
14 |
|
F |
15 |
Bilangan yang lebih besar dari 1510 memerlukan lebih dari satu
digit hex. Kolom heksadesimal menunjukkan eksponen dengan basis 16, yaitu 160 =
1, 161 = 16, 162 = 256 dan seterusnya. Sebagai contoh 152B16 = ..........10
152B16 = (1 x 163) + (5 x 162) + (2 x 161) + (11 x 160)
= 1 x 4096 + 5 x 256 + 2 x 16 + 11 x 1
= 4096 + 1280 + 32 + 11
= 541910
Sebaliknya untuk mengubah bilangan desimal menjadi bilangan
heksadesimal,
dapat dilakukan dengan cara membagi bilangan desimal tersebut dengan 16. sebagai contoh untuk mengubah bilangan 340910 menjadi bilangan heksadesimal dilakukan dengan langkah sebagai
berikut :
3409/16 = 213 sisa 110 = 116 LSB
213/16 = 13 sisa 510 = 516
13/6 = 0 sisa 1310 = D16, MSB
sehingga 340910 = D5116
Konversi Bilangan Heksadesimal ke Biner
Setiap
digit pada
bilangan heksadesimal dapat disajikan dengan empat buah bit seperti terlihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 2.5 Konversi bilangan
heksadesimal ke bilangan biner
|
Heksadesimal |
Biner |
|
0 |
0000 |
|
1 |
0001 |
|
2 |
0010 |
|
3 |
0011 |
|
4 |
0100 |
|
5 |
0101 |
|
6 |
0110 |
|
7 |
0111 |
|
8 |
1000 |
|
9 |
1001 |
|
A |
1010 |
|
B |
1011 |
|
C |
1100 |
|
D |
1101 |
|
E |
1110 |
|
F |
1111 |
untuk mengubah
bilangan heksadesimal
menjadi bilangan biner, setiap digit dari
bilangan heksadesimal
diubah secara terpisah ke dalam empat bit bilangan biner.
Sebagai contoh
2A5C16 dapat diubah ke bilangan
biner sebagai berikut :
216 =0010, MSB A16 = 1010
516 = 0101
C16 = 1100, LSB
sehingga bilangan heksadesimal 2A5C akan diubah menjadi bilangan biner
0010 1010 0101 1100.
Sebaliknya bilangan
biner dapat diubah
menjadi
bilangan
heksadesimal dengan cara mengelompokkan setiap empat digit
dari bilangan biner
tersebut dimulai dari digit paling
kanan. Sebagai
contoh 01001111010111002 dapat dikelompokan
menjadi 0100 1111 0101 1110 sehingga
01002 = 416 MSB
11112 = F16
01012 = 516
11102 = E16 LSB
dengan demikian bilangan 01001111010111002 = 4F5E16
3. Gerbang Logika
Gerbang-gerbang
dasar logika merupakan elemen rangkaian digital dan rangkaian digital merupakan
kesatuan
dari gerbang-gerbang
logika
dasar
yang membentuk fungsi pemrosesan sinyal digital. Gerbang dasar logika terdiri dari 3 gerbang utama,
yaitu AND Gate, OR Gate,
dan NOT Gate.
Gerbang lainnya
seperti NAND Gate,
NOR Gate, EX-OR Gate dan EX-NOR
Gate merupakan
kombinasi dari 3 gerbang
logika utama tersebut.
a. Gerbang AND
Gerbang AND merupakan salah satu gerbang logika dasar yang memiliki 2
buah saluran masukan (input) atau lebih dan sebuah saluran keluaran (output). Suatu gerbang AND akan menghasilkan sebuah keluaran biner tergantung dari
kondisi masukan dan fungsinya. Prinsip kerja dari gerbang AND adalah kondisi keluaran (output) akan berlogic 1
bila semua saluran masukan (input) berlogic 1. Selain itu output akan berlogic 0. Simbol gerbang logika AND 2 input :
A
B
F
dengan persamaan Boolean fungsi AND adalah F = A.B (dibaca F = A AND B). Tabel kebenaran:
|
input |
Output |
|
|
A |
B |
F |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
b.
Gerbang OR
Gerbang OR merupakan salah satu gerbang logika dasar yang memiliki 2
buah saluran masukan (input) atau lebih dan sebuah saluran keluaran (output). Berapapun
jumlah saluran masukan yang dimiliki oleh sebuah gerbang OR, maka tetap memiliki prinsip kerja yang sama dimana kondisi keluarannya akan berlogic 1 bila salah satu atau semua saluran masukannya berlogic 1. Selain itu output berlogic 0.
Simbol gerbang logika OR 2 input :
A
F
B
c.
dengan persamaan Boolean fungsi OR adalah F = A+B (dibaca F = A OR B).
Tabel kebenaran:
|
input |
Output |
|
|
A |
B |
F |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
d.
Gerbang NOT
Gerbang NOT sering disebut dengan gerbang inverter. Gerbang ini merupakan gerbang logika yang paling mudah diingat. Gerbang NOT memiliki 1 buah saluran masukan (input) dan 1 buah saluran keluaran (output). Gerbang NOT akan selalu menghasilkan nilai logika yang berlawanan dengan kondisi logika
pada saluran masukannya. Bila pada saluran masukannya berlogic 1
maka pada saluran keluarannya akan berlogic 0 dan sebaliknya.
Simbol gerbang logika NOT :
A F
Tabel kebenaran:
|
Input (A) |
Output (F) |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
e.
Gerbang NAND
Gerbang NAND merupakan kombinasi dari
gerbang AND dengan gerbang NOT dimana keluaran gerbang AND dihubungkan
ke saluran masukan
dari gerbang NOT. Karena keluaran dari gerbang
AND di”NOT”kan
maka prinsip
kerja dari gerbang NAND merupakan kebalikan dari
gerbang AND. Outputnya merupakan komplemen atau kebalikan dari gerbang AND, yakni memberikan keadaan level logic 0 pada outputnya jika dan hanya jika keadaan semua inputnya berlogika 1. Simbol gerbang logika NAND 2 input :
A
F
B
f.
Gerbang NOR
Sama halnya
dengan NAND
Gate,
gerbang NOR merupakan
kombinasi
dari gerbang OR dengan
gerbang NOT dimana keluaran gerbang OR dihubungkan ke
saluran masukan dari gerbang NOT. Karena keluaran dari gerbang OR di”NOT”kan maka
prinsip kerja
dari
gerbang NOR merupakan
kebalikan dari gerbang OR. Outputnya merupakan komplemen atau
kebalikan dari gerbang OR, yakni
memberikan
keadaan
level
logic
0 pada outputnya
jika salah satu atau lebih inputnya berlogika 1. Simbol gerbang logika NOR 2 input :
A
F
B
g.
Gerbang EX-OR
EX-OR singkatan dari Exclusive
OR dimana jika input berlogic sama maka output
akan berlogic 0 dan sebaliknya jika input berlogic beda maka output akan berlogic 1. Simbol gerbang logika EX-OR 2 input :
A
F
B
Tabel kebenaran:
|
input |
Output |
|
|
A |
B |
F |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
BAB III
ARSITEKTUR MIKROPROSESOR 8088
1.
Bagan Dasar uP 8088
Gambar 3.1 Bagan Dasar uP 8088
Elemen didalam mikroprosesor
adalah :
1. CU (Control Unit) adalah manajer dari semua unit. CU mengatur keselarasan kerja setiap unit. Apa yang harus dilakukan oleh suatu unit, semuanya diketahui
oleh CU dengan bantuan microprogram yang ditanamkan padanya. Pengontrolan oleh CU dilakukan melalui
Bus Kontrol (panah dari/ke Control Unit).
2. Instruction Decoder bertugas untuk menerjemahkan suatu instruksi dengan cara membandingkannya dengan
tabel instruksi yang dimilikinya. Hasil dekoding diberikan ke CU, dan CU akan membangkitkan sinyal-sinyal kontrol yang diperlukan untuk melaksanakan instruksi tersebut.
3. Register adalah memori khusus di dalam uP. Untuk mengidentifikasikannya,
register memiliki nama khusus
yang mencerminkan fungsinya. Berdasarkan
isinya, register dapat dibedakan menjadi :
Register Data memiliki lebar 16 bit
namun dapat diakses dalam format 2x8 bit: Accumulator : AX = AH+AL Base Register : BX = BH+BL Counter Register : CX = CH+CL Data Register : DX = DH+DL
m
Register Alamat memiliki lebar 16 bit : Code Segment : CS, menyimpan alamat segment dari program Instruction Pointer : IP, menyimpan alamat offset dari program Data Segment : DS, menyimpan alamat segment dari data Index
Register : BI (Base Index), SI (Source Index), DI (Destination
Index), Pointer Register : BP (Base pointer), Stack Segment : SS, menyimpan alamat segment dari stack
2. Pin Out uP 8088 dan fungsinya
Gambar 3.2 Pin-Out mikroprosesor 8088
Hubungan Pin dan fungsinya
AD7- AD0 (D0/A0 – D7/A7)
Address Line (A0 – A7) + Data Line (D0-D7)
Jalu
bus alamat/data 8088 terdiri dari bus data alamat yang dimultipleks
pada
8088
dan berisi 8 bit paling kanan dari alamat memori atau nomor por I/O jika
ALE logika 1 atau ALE logika 0
A15-A8
Bus alamat 8088 menyediakan bit-bit alamat memori paruh atas yand ada selama satu siklus bus.
A19/S6 – A16/S3
Bit bit bus alamat/status di-multipleks untuk memberikan sinyal alamat A19-A16 dan juga bit-bit status S6-S3 (mode maksimum).
RD (Read)
Jika Sinyal Baca berupa logika 0, bus data bisa menerima data dari memori atau alat I/O yang dihubungkan ke Sistem.
WR (Write)
Jalur write merupakan sinyal yang menunjukkan bahwa 8088 sedanga mengeluarkan data ke memori atau I/O. Selama WR berlogika 0, bus data berisi data yang valid untuk memori dan I/O.
INTR (Interrupt)
Interrupt request digunakan untuk meminta interrupt perangkat keras. Jika INTR dijaga tetap High ketia IF = 1, 8088 memasuki siklus interrupt acknowledge (INTA menjadi Aktif) setelah instruksi pada saat itu telah dijalankan sepenuhnya.
INTA (Interrupt ACK)
Sinyal Interrupt Ackhowledge merupakan tanggapan terhapad pit Input INTR. Pin
INTA biasanya digunakan untuk memasukkan nomor vector interrupt ke bus data sebagai jawaban atas permintaan Interrupt.
ALE
Address Latch Enable menunjukkan bahwa bus alamat/data AD7-AD0 8088 berisikan informasi alamat. Alamat ini bisa merupakan alamat memori atau nomor port I/O.
DT/R
Sinyal data transmit/receiver menunjukkan bahwa bus data 8088 sedang mengirim data (DT/R = 1) atau menerima data (DT/R =0). Sinyal ini digunakan untuk enable buffer bus data eksternal.
DEN
Data Bus Enable mengaktifkan buffer bus data eksternal.
IO/M
(IO/MEM)
Pin IO/M 8088 memilih memori ata I/O. Pin ini menunjukkan bahwa bus alamat mikroprosesor berisi alamat memori atau alamat port I/O.
READY
Merupakan Pin Input yang dikendalikan untuk menyisipkan status tunggu ke timing mikroprosesor. Jika Pin Ready di set logika 0, mikroprosesor memasuki status tunggu dan tidak bekerja.
RESET
Input Reset menyebabkan mikroprosesor mereset dirinya sendiri jika Pin ini tetap high (logika 1) selama empat periode clock. Jika 8088 di reset, akan mulai mengeksekusi instruksi pada lokasi memori FFFF0H dan mendisable
interrupt berikutnya dengan meng-clearkan bit flag IF
VCC
Input
catu daya ini menyediakan sinyal +5,0 Volt, ± 10 % ke mikroprosesor.
GND
Hubungan ground merupakan jalur kembali catu daya. 8088 memiliki 2 pin GND
dan keduanya harus dihubungkan ke ground.
MN/MX
Pin Mode minimum/maksimum
memilih operasi mode minimum atau maksimum untuk mikroprosesor. Jika dipilih mode minimum pin MN/MX harus langsung dihubungkan ke +5,0 V.
CLK
Pin clock menyediakan sinyal waktu (timing) dasar ke mikroprosesor. Sinyal clock
harus memiliki siklus kerja 33 persen (high selama sepertiga clock dan low selama dua-pertiganya) untuk memberikan timing internal yang sesuai untuk
8088.
Generator Clock 8284
8284 merupakan komponen tambahan mikroprosesor
8088.
Tanpa generator
clock banyak rangkaian tambahan yang dibutuhkan untuk membangkitkan clock (CLK) pada system yang berbasiskan
mikroprosesor 8088. 8284 menyediakan fungsi-fungsi atau sinyal-sinyal dasar berikut ini: pembangkitan clock, sikronisasi
RESET. Gambar berikut merupakan generator clock yang dibentuk dari IC 8284.
Gambar 3.3 Rangkaian Clock pada Sistem Berbasis Mikroprosesor 8088
REGISTER
Pada bagan organisasi komputer, bagian memori diletakan terpisah dari mikroprosesor, jika bagan tersebut diimplementasikan,
mikroprosesor
harus mengakses
memori setiap saat. Karena kecepatan memori jauh lebih lambat dari kecepatan mikroprosesor, maka kecepatan kerja
mikroprosesor akan dipengaruhi oleh kecepatan memori. Untuk mempercepat
pemrosesan
data data di dalam mikroprosesor,
selain CU dan
ALU, mikroprosesor juga akan membutuhkan memori
yang
memiliki kecepatan
yang sama
dengan mikroprosesor. Untuk melakukannya, memori ini harus diimplementasikan di dalam mikroprosesor.
Memori jenis ini disebut
dengan register.
Berdasarkan jenis informasi yang disimpan mikroprosesor dapat dibagi menjadi:
1.
Register Data
Menyimpan data yang diperlukan untuk suatu operasi
Terdiri dari :
- AX (Accumulator)
- BX (Base)
- CX (Counter)
- DX (Data)
2. Register Alamat
Karena jumlah register data terbatas, maka sebagian besar data tetap diletakkan di memori. Untuk dapat
mengakses memori, mikroprosesor membutuhkan alamat dari data tersebut pada memori. Alamat data tersebut di simpan di
register yang disebut
dengan register alamat.
Terdiri dari :
- SP (Stack Pointer)
- BP (Base Pointer)
- SI (Source Index)
- DI (Destination Index)
- DS (Data Segment)
- ES (Extra Segment)
- SS (Stack Segment)
- CS (Code Segment)
- IP (Instruction Pointer) dan
- BX (Base) selain dapat digunakan sebagai register data dapat juga digunakan sebagai register alamat
3.
Register Flag (flags)
Digunakan untuk menyimpan status dari hasil operasi ALU Terdiri dari :
OF (Overflow Flag), DF, IF, TF, SF (Sign Flag), ZF (Zero Flag), AF, PF, CF (Carry
Flag)
4. Register Instruksi
digunakan untuk menyimpan instruksi yang sedang dikerjakan.
Lebar semua register
uP8088 adalah 16 bit = 2 byte.
Sehingga setiap register dapat berharga 0000H
s.d.
FFFFH atau
216 =
65536 kombinasi harga. Setiap
register
akan diakses (dibaca/ditulis) dalam format
16 bit tersebut,
kecuali
register
data dapat
diakses
dalam format 8 bit = 1 byte.
Struktur Memori pada uP8088
Memori pada sistem uP8088 memiliki dua ciri :
1. diakses dgn alamat selebar 16 bit (00000H s.d. FFFFFH) atau 2 byte
2. data yg diakses untuk setiap alamat adalah 8 bit atau 1 byte
Contoh :
Alamat dari suatu cell memori direpresentasikan dalam format 2 byte (0000H – FFFFH) yg disimpan dalam register alamat (yg lebarnya juga 2 byte). Karena kapasitas register
alamat adalah 2 byte, maka jumlah cell memori yg dapat disimpan alamatnya adalah 216 = 65536 cell
memori.
Dan karena suatu cell memori menyimpan data 1 byte (00H – FFH) maka suatu register
alamat uP8088 dapat mengakses (membaca/menulis)
memori berkapasitas 65536 byte = 64
Kbyte.
Microprocessor
harus dapat
mengakses semua cell memori dari alamat terendah sampai
alamat tertinggi. Alamat tersebut
akan disimpan
didalam
register alamat.
Secara fisik, uP8088 memiliki
20 buah jalur alamat (A0 – A19) untuk
menyediakan
informasi alamat selebar 20 bit dimana informasi alamat tersebut dapat berharga 00000H s.d FFFFFH. Ke-20 bit tersebut digunakan untuk mengakses memori dgn kapasitas 220 = 1048576 cell memori.
Namun masalah timbul pada lebar
register alamat. uP8088 memiliki register alamat dengan lebar hanya 16 bit dari 20 yang dibutuhkan untuk mengakses semua memori.
Ini berarti jika suatu register
alamat menyimpan alamat memori, dia hanya dapat digunakan
untuk mengakses alamat 0000 sampai FFFF atau 64 Kb.
Untuk mengatasi kekurangan ini, Intel menggunakan 2 register untuk pengalamatan.
Satu register akan menyimpan alamat segment (suatu area memori seluas 64 Kbyte), dan Satu register
akan menyimpan
alamat
offset (menentukan byte yang
mana di dalam
segment tersebut yg akan diakses).
uP8088 menyediakan 4 segment untuk menjalankan suatu program.
1.
Segment untuk Program (Code/Instruksi)
CS:IP CS (Code Segment) menyimpan
alamat
segment (64 Kb of memory)
dari program. IP (Instruction
Pointer) menyimpan alamat offset dari program yang akan menentukan instruksi mana di dalam 64 Kb tadi yang akan dieksekusi
2.
Segment untuk Data
DS:BX DS (Data
Segment)
menyimpan
alamat segment
(64 Kb of memory) dari data. BX (Base Register) menyimpan alamat offset dari data yang akan menentukan data mana di dalam 64 Kb tadi yang akan diambil
3.
Segment untuk Stack
SS:SP
SS (Stack
Segment) menyimpan alamat
segment (64 Kb of memory) dari stack. SP
(Stack Pointer) menyimpan alamat offset dari top of the stack yang akan menentukan tumpukan (stack) mana di dalam 64 Kb tadi yang akan diambil (POP)
4.
Extra Segment
Instruksi Mesin
Dilihat dari fungsi yg dilakukannya, instruksi mesin dapat dibedakan menjadi
1. Data transfer digunakan untuk (1) memindahkan data dari suatu elemen memori ke elemen memory lainnya atau (2) mengisi register data dengan suatu data contoh: MOV, PUSH, POP
2. Aritmetika dan Logika digunakan untuk mengkalkulasi suatu perhitungan aritmetika
(contoh: ADD, SUB) dan logika (AND, OR, SHL)
3. Kontrol digunakan untuk memindahkan kontrol instruksi ke suatu lokasi baru (tidak lagi secara sekuensial) contoh: JMP, JZ
Instruksi MOV
1. Register - Data (contoh: MOV AX,1234 ; mengisi AX dgn data 1234)
2. Register - Register (contoh: MOV AX,BX ;
memindahkan isi BX ke AX)
3. Register - Memory (contoh: MOV AX,[BX] ; memindahkan isi memori ke AX, dimana alamat dari datanya ada di BX)
4. Memory - Register (contoh: MOV [BX],AX ;
memindahkan isi AX ke memori, dimana datanya akan ditulis di memori pada alamat yg ada di BX)
20 | S i s t e m M i
k r
o p r o s e s o r
21 | S i s t e m M i
k r
o p r o s e s o r
BAB IV
Multipleksing Alamat/Data, Buffering dan Timing Diagram Sistem Bus
Sebelum 8088 dapat digunakan dengan memori atau antarmuka I/O, bus yang dimultipleknya harus didemultipleks. Bab ini memberikan perincian yang dibutuhkan
untuk demultipleks bus dan mengilustrasikan
bagaiamana bus dibuffer untuk system yang sangat besar.
SISTEM BUS
- Demultipleks Bus Alamat A19-A0
(20 bit)
Bus alamat/data pada jumlah pin yang
dibutuhkan
8088 dimultipleks (dipakai
bersama)
untuk
IC mikroprosesor 8088.
Sayangnya, hal ini
memperkecil membebani
perancang
dengan tugas untuk
menyaring atau demultipleks informasi
dari pin
yang dimultpleks ini. Memori dan I/O mensyaratkan bahwa alamat tetap valid dan stabil selama siklus baca (read) atau
tulis
(write).
Jika
bus dimultipleks,
tidak dapat
diketahui alamat
memori atau alamat I/O yang berada pada bus, yang bisa menyebabkan
pembacaan
dan penulisan data dilakukan pada alamat yang salah.
Semua sistem komputer memiliki tiga bus: (1) bus alamat yang memberikan alamat
memori dan nomor port (alamat) I/O ke
memori dan I/O, (2) bus data yang mentransfer data
antara mikroprosesor dan memori atau I/O, (3) bus kontrol yang menyediakan sinyal kontrol
ke memori
dan
I/O.
Bus-bus memori dan I/O.
ini harus ada untuk
pengaturan antarmuka
(interface)
ke
Untuk melakukan
demultipleks bus alamat digunakan
komponen Latch Transparan
74LS373.
Latch Transparan ini
berlaku seperti
sistem kancing
yaitu jika
pin
LE
(Latch Enable) berlogika 1, maka IC akan melewatkan data dari Pin Input (D7-D0) ke Pin Output (Q7-Q0). Ketika pin LE kembali ke logika 0, menyebabkan latch menahan/menyangga data output tidak berubah selama kondisi tersebut, yang artinya ketika LE berlogika 0 nilai output (Q7-Q0)
tidak akan berubah.
Kaki OE dihubungkan ke ground untuk mengaktifkan
fungsi output enable(OE). Seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut :
|
Gambar 4.2 mengilustrasikan
mikroprosesor
8088 dan komponen-komponen
yang diperlukan untuk
demultipleks
busnya. Dalam
hal ini,
dua
latch transparan 74LS373 digunakan untuk demultipleks hubungan
bus alamat/data
AD7-AD0
dan hubungan
alamat/status A19/S6 – A16/S3 yang termultipleks.
Pin
LE pada komponen Latch 74LS373
dihubungkan dengan
Pin ALE
(Address
Latch Enable) dari 8088. Jika Pin ALE berlogika
1, melewatkan
input ke output. Setelah
selang waktu yang singkat, ALE kembali ke kondisi logika 0-nya, yang menyebabkan latch mengingat input yang dilewatkan tadi pada saat perubahan ke logika 0. Dalam hal ini, A7- A0 disimpan pada lacth bawah dan A19-A16 disimpan pada latch atas. Hal ini menghasilkan
bus alamat yang terpisah
dengan hubungan A19-A0. Hubungan alamat ini memungkinkan
mikropsesor
8088 mengalamatkan 1M byte ruang memori. Fakta bahwa bus data terpisah memungkinnya untuk dihubungkan ke alat periferal atau komponen memori 8 bit apa saja.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gambar 4.2 Demultipleks alamat pada uP 8088 dengan menggunakan dua komponen Latch
74LS373 sebagai Buffering dan Latching Bus Alamat AD7-AD0 dan A19/S6 – A16/S3.
-
Demultipleks Bus Data 8 Bit
Pada bagian sebelumnya kita telah
mempelajari bagaimana proses demultipleks bus alamat A19-A0 dari mikroprosesor 8088. Ada bagian penting lainnya yang belum dibahas yaitu
demultipleks bus data.
Seperti
yang telah
diketahui,
bus
alamat digunakan
untuk
mengirimkan informasi alamat/lokasi yang
menunjukkan dimana
ditempatkan(write) atau diambil(read) dari
memori/IO atau ke
memori/IO.
data akan
Bus alamat
dikirimkan oleh mikroprosesor
mikroprosesor ke memori/IO.
yang menunjukkan
komunikasi satu
arah
saja
yaitu
dari
Sedangkan Bus data berisikan informasi data yang akan ditempatkan ke memori/IO atau diambil dari memori/IO. Hal ini menunjukkan
bahwa aliran komunikasi data pada bus data adalah komunikasi dua arah (biderksional) .Komunikasi
data dua arah ini ditunjukkan
dari aliran data yang terjadi pada bus data yaitu aliran data dari mikroprosesor ke
memori/IO atau aliran data dari memori/IO ke mikroprosesor.
Untuk melakukan demultipleks (menyaring informasi data) dari alamat dan data yang
termultipleks (digunakan bersama) pada pin AD7-AD0 mikroprosesor 8088, sekaligus untuk
menangani komunikasi data
bidereksional
digunakan buffer bidireksional
oktal (8 bit)
74LS245.
Sebelum
kita
membahas
penggunaan
74LS245 pada sistem
bus
data 8088,
terlebih dahulu kita pelajari prinsip kerja dari buffer bidireksional 74LS245.
Perhatikan gambar berikut:
Gambar 4.4 Prinsip Kerja Buffer Bus Direksional Oktal 74LS245
Ketika Pin AB/BA diberi logika “1”,
fuffer (Gambar 74LS245 Atas) akan melewatkan data dari A(A7-A0) ke B(B7-B0) yang menunjukkan data aliran data keluar (B sebagai Output). Sedangkan pada gambar 74LS245 bawah, dimana pin AB/BA diberi logika “0” maka buffer akan melewatkan data dari B (B7-B0) ke A(A7-A0) yang menunjukkan aliran data masuk (B sebagai input). Sedangkan kaki CE dihubungkan ke
ground guna meng-aktifkan fungsi chip enable
(CE).
Dari prinsip kerja buffer bidireksional 74LS245 kita dapat menggunakannya
untuk proses
demultipleks
aliran data pada
pin AD7-AD0
(alamat/data termultipleks). Kaki CE pada buffer
74LS245 dihubungkan
dengan pin DEN dari mikroprosesor. Ketika
mikroprosesor 8088 mengeluarkan ataupun mengambil
data (bukan inforamasi
alamat)
melalui pin AD7-AD0, Pin DEN akan berlogika “0” sehingga fungsi Chip Enable(CE) buffer
74LS245 akan
diaktifkan. Ketika mikroprosesor 8088
mengeluarkan informasi alamat (bukan
data) yang melalui pin AD7-AD0 maka Pin DEN akan diberi logika “1”
sehingga buffer Chip Enable (CE) 74LS245 tidak diaktifkan.
Sementara itu
pin AB/BA pada 74LS245 dihubungkan ke pin DT/R pada mikroprosesor
8088. Pin DT/R akan berlogika “1” ketika mikroprosesor
8088 mengirimkan data ke memori/IO (melalui
AD0-AD7) sebaliknya Pin DT/R akan berlogika “0” ketika
mikroprosesor 8088
membaca data dari memori/IO
(melalui AD0-AD7) ke mikroprosesor
8088. Dengan dihubungkannya pin AB/BA dari 74LS245 ke
Pin
DT/R dari 8088, maka komunikasi dua arah pada bus data dapat dilakukan.
Penggunaan bufer 74LS245 untuk demultipleks bus
data
pada sistem minimum
mikroprosesor 8088 dapat dilihat pada gambar berikut ini:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gambar 4.5 Demultipleks Bus Alamat dan Bus Data
TIMING BUS
Adalah penting untuk memahami timing bus sistem sebelum memilih memori atau
alat I/O untuk pengantarmukaa dengan mikroprosesor 8088.
Pada pokok bahasan kali ini memberikan pengertian
mengenai operasi
sinyal
bus,
dan
timing baca/tulis dasar pada
8088.
Tiga bus pada 8088 : alamat, data dan kontrol berfungsi
dengan cara yang tepat sama dengan mikroprosesor lain. Jika data ditulis ke memori, mikroprosesor mengeluarkan alamat memori ke bus alamat, mengeluarkan
data yang akan ditulis ke memori pada bus data, dan mengeluarkan sinyal write (WR) ke memori dan IO/M di set pada logika “0”. Jika data dibaca dari
memori, mikroprosesor mengeluarkan alamat memori ke bus alamat, mengeluarkan sinyal memori read (RD), dan menerima data melalui bus data.
Mikroprosesor menggunakan memori dan I/O
dalam periode yang disebut siklus bus. Setiap siklus bus sama dengan
empat periode clocking sistem (level T). Selama periode pertama
pada siklus bus, yang disebut T1, banyak
hal yang terjadi. Alamat memori atau lokasi I/O
dikirim melalui bus alamat dan hubungan bus alamat/data (termultipleks). Selama Siklus T1 sinyal –sinyal kontrol ALE, DT/R dan IO/M (8088) juga dikeluarkan. Sinyal IO/M atau menunjukan apakah bus berisi alamat memori atau nomor alat I/O (alamat Port I/O).
Pada waktu T2, mikroprosesor
8088 mengeluarkan sinyal RD atau WR, DEN dan pada kasus write, data yang akan ditulis muncul pada bus
data. Peristiwa-peristiwa ini menyebabkan memori atau perangkat I/O mulai
melakukan baca/tulis. Sinyal DEN mengaktifkan buffer bus data, sehingga memori atau I/O dapat menerima data yang akan
ditulis., atau sehingga mikroprosesor dapat
menerima
data yang dibaca dari memori atau I/O untuk operaso baca.
- Timing Baca
Selama T1
- Mikroprosesor mengeluarkan sinyal ALE mengaktifkan Latch Enable dari 74LS373
- Data Alamat A19-A0 dikeluarkan melalui Bus Alamat
- DT/R di set pada logika “0” agar data input (dari memori/IO) dapat diambil dari buffer 74LS245
Selama T2
- Sinyal RD (Read) di kirimkan ke Memori atau I/O
- DEN di set pada logika “0” sebagai
sinyal enable buffer 74LS245
Selama T3
- Data Input dibaca dari memori melalui bus data
-
Timing Tulis
T1 T2 T3 T4
IO/M
ALE
A19-A16 / S6-S3 A19-A16
74LS373
S6-S3
A15-A8
A15-A8
AD7-AD0 A7-A0
74LS373
Float
Data OUT (D7-D0)
74LS245
Float
WR
DEN
DT/R
Tetap Logika "1" selama Siklus Bus
Selama T1
- Mikroprosesor mengeluarkan sinyal ALE mengaktifkan Latch Enable
dari 74LS373
- Data Alamat A19-A0 dikeluarkan melalui Bus Alamat
- DT/R di set pada logika “1” agar data out (ke memori/IO) dapat dilewatkan melaluiri buffer 74LS245
Selama T2
- Sinyal WR (Write) di kirimkan ke Memori atau I/O
- DEN di set pada logika “0” sebagai
sinyal enable buffer 74LS245
Selama T3
- Data Out ditulis ke memori melalui bus data
BAB V
PENDEKODEAN ALAMAT MEMORI dan I/O
PERANTI MEMORI
Sebelum mengantarmukakan
memori ke mikroprosesor, adalah penting
untuk benar-benar mengerti operasi komponen-komponen memori. Pada pembahasan
kali ini akan dijelaskan
fungsi dari empat tipe umum memori:
-
Memori hanya baca (ROM – Read Only Memory)
-
Memori flash (EEPROM)
-
Static random acces memory (SRAM)
-
Dinamik random acces memory (DRAM)
Hubungan Pin Memori
Hubungan pin yang umum untuk semua piranti memori adalah masukan (input) alamat,
masukan/keluaran (input/Output) data, beberapa tipe masukan seleksi dan paling tidak satu input kontrol yang digunakan untuk menyeleksi operaso baca dan tulis. Seperti yang terlihat
pada gambar berikut ini:
Gambar 5.1 Hubungan
Pin Memory (secara umum) A0- AN digunakan sebagai masukan alamat
D0-DN digunakan sebagai masukan/keluaran data
Select digunakan untuk mengaktifkan fungsi chip select (CS)
Read digunakan untuk mengaktikan fungsi Output Enable
(OE) untuk proses baca data dari memori
Write digunakan untuk mengaktikan fungsi write untuk proses tulis ke memori
Hubungan Alamat
Semua piranti memori memiliki input alamat yang memilih lokasi memori di
dalam peranti memori. Input alamat hampir selalu diberi label dari A0, yang paling keil dari input sampai An dimana n bisa nilai apapun selalu diberi label sebagai kurang satu dari jumlah pin ( n = jumlah pin alamat – 1). Sebagai contoh sebuah memori yang memiliki 10 pin alamat memiliki pin yang diberi label A0 – A9.
Jumlah
dari
lokasi
memori dapat diperkirakan
dari jumlah pin
alamat. Sebagai
contoh, peranti
memori
yang memiliki 10 (A0-A9) pin alamat memiliki lokasi memori 210 = 1024 lokasi atau 1K (1024) lokasi memori begitu juga seterusnya. Sebagai contoh sebuah memori dengan jumlah bit data yang digunakan sebanyak 8 bit (1 Byte) dan jumlah lokasi memori
1024 (1K), dapat dinyatakan kapasitas memori sebesar 1024 x 8 bit = 1K-Byte atau 1KB.
400H mewakili bagian
1K-byte dari sistem memori.
Jika peranti memori dikodekan
untuk digunakan / dipasang
pada
sistem
mikroprosesor
dengan
alamat
awal
memori
10000H, maka lokasi terakhir adalah pada lamat 103FFH ( satu lokasi kurang dari 400H).
Hubungan data
Semua peranti memori memiliki kumpulan data
output/input. Peranti yang dilustrasikan pada gambar
5.1 memiliki
kumpulan umum
dari hubungan
input/output (I/O). Hubungan
data adalah
titik dimana data dimasukkan untuk penyimpanan
atau
dikeluarkan untuk pembacaan.
Pin data pada peranti memori diberi label D0-D7 untuk memori dengan lebar data 8 bit.
Hubungan seleksi
Setiap peranti memori memiliki sebuah input – kadang-kadang lebih dari satu yang memilih atau mengenable peranti
memori. Input
jenis
ini paling
sering disebut masukan
sebagai suatu pemilih
chip
(CS chip select), enable chip (CE chip enable), atau hanya pilih
(S select). Memori RAM umumnya memiliki paling tidak satu input CS atau S, dan ROM palign tidak satu CE. Jika input CE, CS atau S aktif (sebuah logika 0 karena garis diatas), peranti
memori memberikan sebuah
pembacaan atau penulisan. Jika pin ini tidak aktif (sebuh logika
1), peranti tidak dapat melakukan sebuah pembacaan atau penulisan data karena dimatikan atau didisabel. Jika ada lebih dari satu penghubung
CS, maka semuanya harus diaktifkan untuk membaca atau menulis data.
Hubugan kontrol
Semua peranti memori memilki beberapa beuntuk input kontrol atau banyak input kontrol.
Sebuah ROM biasanya memiliki satu input kontrol, dimana RAM sering memiliki satu atau dua input kontrol.
Input kontrol yang sering ditemukan pada ROM adalah output enable (OE) atau hubungan
gerbang (G) gate, yang memungkinkan data mengalir
keluar dari pin output data dari ROM. Jika OE tidak aktif, output tidak diaktifkan sehingga pembacaan data tidak dapat dilakukan.
Input kontrol yang
sering ditemukan pada
peranti RAM memiliki satu maupun dua
input
kontrol.
Jika ada satu input kontrol,
sering disebut sebagai R/W . Pin ini memilih
mode operasi pembacaan atau penulisan hanya jika peranti input CS diaktifkan. Jika RAM memiliki dua input kontrol, biasanya diberi label WE (write enable) dan OE (output
enable) atau G. disini WE difungsikan untuk mengaktifkan mode penulisan ke
memori, sedangkan OE difungsikan untuk mengaktifkan mode pembacaan data dari memori. Kedua pin tidak boleh aktif bersamaan.
|
CE => Chip Enable
OE => Output Enable
PGM => Chip Programmer
VPP => Catu Daya Mode Program
Gambar 5.2 Contoh Peranti memori EPROM 8KB 2764 (13 bit alamat) dan fungsi pin
|
CE => Chip Enable
OE => Output Enable (Read Enable) WE=> Write Enable
Gambar 5.3 Contoh Peranti memori RAM 2KB 6116 (11 bit alamat) dan fungsi pin
Pendekodean Alamat Memori
Agar dapat menyambungkan peranti
memori ke mikroprosesor,
diperlukan
pendekodean
alamat dari mikroprosesor untuk membuat fungsi memori pada bagian yang unik atau partisi dari peta memori. Tanpa pendekode alamat, hanya satu peralatan memori yang dapat dihubungkan ke
mikroprosesor.
Jika mikroprosesor 8088 dibandingkan dengan EPROM
2716
terjadi
perbedaan jumlah
hubungan
alamat.
EPROM 2716 memiliki 11
hubungan alamat sedangkan 8088 memiliki 20 hubungan alamat. Ini
berarti bahwa mikroprosesor mengirimkan 20 bit setiap kali membaca atau menulis data. Karena EPROM hanya memiliki
11 input alamat, ada ketidakcocokan yang dikoreksi. Dekoder mengoreksi ketidakcocokan
dengan mendekodekan alamat pin yang tidak terhubung
ke komponen memori.
DEKODER 74LS138
Pendekodean dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah IC dekoder 74LS138. Prinsip kerja IC dekoder ini dapat dilihat pada gambar berikut:
Input Seleksi
|
Input Seleksi
Output
|
G1=E1 , G2=E2 G3= E3
Contoh 1:
Sebuah EPROM 8K-byte dihubungkan dengan mikroprsesor 8088 pada dengan alamat awal FE000H, pertama kita mengilustrasikan logika 0 untuk 13 bit alamat pada EPROM sebagai alamat terendah, kemudian logika 1 pada 13 bit alamat sebagai
alamat tertinggi.
EPROM 8KB ~ 13 bit (A12 – A0)
|
A19 – A16 |
A15 – A12 |
A11 – A8 |
A7 – A4 |
A3 – A0 |
|
|
0 0 0 0 |
0 1 1 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
~ 06000 |
|
0
0 0 0 |
0
1 1 1 |
1
1 1 1 |
1
1 1 1 |
1
1 1 1 |
~ 07FFF |
Mendekodekan alamat pin yang tidak terhubung
dengan komponen memori
|
A19 |
A18 |
A17 |
A16 |
A15 |
A14 |
A13 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Proses pendekodean dapat menggunakan 2 buah gerbang OR dan 1 buah dekoder
74LS138 seperti yang terlihat pada gambar berikut:
Gambar 5.4 Pendekodean Alamat EPROM 2764 8K-Byte dengan alamat 6000H – 7FFFH
Perhatikan bahwa sinyal kontrol IO/M digunakan untuk mengisolasi pengaksesan antara
perangkat memori dan perangkat I/O.
Contoh 2:
Buatlah rangkaian dekoder yang digunakan untuk mengakses 1 buah ROM 2 KB dan 1 buah RAM 1KB dan 1 buah RAM 2Kbyte. Dengan kondisi:
- Alamat awal EPROM 2 KB 1800H
- Alamat awal RAM-1KB 300H
- Alamat awal RAM-2KB berdekatan dengan alamat akhir RAM-1KB
Solusi:
Pemetaan Memori
1KB ~ 10 bit alamat A0-A9 ~> lebar alamat 400H
2KB ~ 11 bit alamat A0-A10 ~>lebar
alamat 800H
urutkan partisi dari alamat terendah sampai alamat tertinggi
|
RAM-1KB |
400H |
|
7FFH |
|
|
RAM-2KB |
800H |
|
FFFH |
|
|
ROM 2KB |
1800H |
|
1FFFH |
RAM-1KB (alamat yang digunakan A0 - A9)
|
A19 - A16 |
A15 - A12 |
A11 - A8 |
A7 - A4 |
A3 - A2 |
|
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 1 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
~ 00400H |
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
~ 007FFH |
RAM-2KB (alamat yang digunakan A0 – A10)
|
A19 - A16 |
A15 - A12 |
A11 - A8 |
A7 - A4 |
A3 - A2 |
|
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
1 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
~ 00800H |
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
~ 00FFFH |
ROM 2KB (alamat yang digunakan A0 – A10)
|
A19 - A16 |
A15 - A12 |
A11 - A8 |
A7 - A4 |
A3 - A2 |
|
|
0 0 0 0 |
0 0 0 1 |
1 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
~ 01800H |
|
0 0 0 0 |
0 0 0 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
~ 01FFFH |
Alamat yang didekodekan:
|
A19 |
A18 |
A17 |
A16 |
A15 |
A14 |
A13 |
A12 |
A11 |
A10 |
KET |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
RAM-1KB |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
X |
RAM-2KB |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
X |
ROM-2KB |
Dari tabel alamat diatas
dapat didekodekan
dengan
menggunakan
dekoder
74LS138 , gerbang NOR dan Gerbang OR. Bentuk rangkaian selengkapnya dapat dilihat pada gambar
5.5.
Diktat Sistem MikroProsesor (up8088)
Gambar 5.5 Rangkaian pendekodean alamat memori menggunakan dekoder 74LS138 dan gerbang logika
34 | S i s t e m M i k r o p r o s e s o r
Contoh instruksi pembacaan data memori pada alamat 1045H (ROM2KB)
MOV BX, 1045H MOV AL, [BX];
Jika alamat memori yang digunakan lebih besar dari 64 KB maka instruk pemindahan data dilakukan dengan bantuan register DS sebagai Alamat Segmen Data dan BX sebagai Alamat Offset.
Contoh instruksi pembacaan data memori pada alamat
18903H (Alamat Fisik)
MOV DS, 1800H MOV BX, 0903H MOV AL,[BX]
;DS = 1800H;BX = 0903H;DS + BX = 18903H
Contoh instruksi penulisan data 20H ke memori pada alamat 678H MOV AL, 20H
MOV BX,0678H MOV [BX], AL
;DS ~> 000H
PENDEKODEAN ALAMAT I/O
Piranti masukan dasar adalah buffer 3-state. Piranti keluaran dasar adalah kumpulan lacth data. IN adalah perintah untuk memindahkan data dari piranti I/O ke mikroprosesor dan OUT adalah perintah untuk memindahkan data keluar dari mikroprosesor ke piranti I/O.
Antarmuka Masukan Dasar
Buffer 3-state
digunakan untuk
membuat port
masukan
8-pin yang
digambarkan dalam gambar 5.6. Perhatikan bahwa data TTL luar (toggle switch sederhana dalam contoh ini) dihubungkan ke masukan buffer. Keluaran buffer dihubungkan ke bus data.
Ketika mikroprosesor mengeksekusi
instruksi IN, port I/O didekode untuk menghasilkan
logika “0” pada SEL. Logika “0” ditempatkan pada pada output
dari kendali input (OE1 dan OE2) buffer 74LS541 yang mengakibatkan koneksi input data (D) disambungkan ke koneksi
data output (Q). jika Logika “1”
diletakkan pada output dari kendali input buffer dari
74LS541 piranti tersebut
akan masuk
ke mde 3 keadaan dengan impendasi tinggi yang
seccara efektif memutuskan koneksi saklar dari bus.
5.6 Antarmuka masukan dasar yang mengilustrasikan koneksi 8 buah switch.
Antarmuka Keluaran Dasar
Antarmuka keluaran dasar menerima data dari miroprosesor dan lazimnya menggunakan
penahan data untuk berhubungan
dengan piranti luarnya. Penahan
data ini disebut dengan latch atau flip-flop. Latch seperti buffer yang dipakai pada piranti masukan, yang sering pula dipakai dalam piranti I/O.
Pada gambar 5.7 adalah suatu contoh yang sederhana bagaimana membangun suatu rangkaian keluaran
untuk keperluar I/O. Latch dibutuhkan untuk menahan data, karena ketika mikroprosesor mengeksekusi instruksi OUT, data hanya terdapat pada bus data dengan waktu penahan
yang sangat
singkat. Tanpa latch ini kita tidak akan pernah melihat LED bercahaya.
Ketika instruksi OUT dilakukan data dari AL dipindahkan ke latch melalui bus data. Disini, masukan D pada lacth octal 74ALS374 dihubungkan ke bus data untuk menangkap data keluaran , dan keluaran Q dari latch disambungkan ke LED. Pada saat keluaran Q berada pada logika “0”, LED bercahaya. Setiap waktu instruksi OUT dilakukan sinyal SEL ke latch aktif, menangkap keluaran data ke latch dati setiap bagian 8-bit bus data. Data disimpan
sampai instruksi OUT berikutnya dilaksanakan. Dengan demikian kapanpun instruksi keluaran dilakukan dalam rangkaian ini, data dari register AL tampak pada LED.
Gambar 5.7 Antarmuka keluaran dasar yang dihubungkan ke 8 peraga LED
Pendekodean alamat dari gerbang
I/O adalah sama dengan pendekodean alamat memori. Hanya saja pada sinyal kontrol untuk melakukan Read dan Write yang dikombinasikan
dengan sinyal IO/M=1 (IO/M=0 untuk akses memori).
Perbedaan lainnya yang paling utama adalah antara pendekodean memori dan I/O tersiolasi memori ada pada jumlah pin-pin alamat yang dihubungkan dengan dekoder. Kita mendekodekan A19-A0 untuk memori dan A15-A10 untuk gerbang I/O.
Pendekodean Alamat I/O 8 bit (00h-FFh)
Seperti yang telah dijelaskan, perintah tetap I/O menggunakan 8-bit dari alamat gerbang I/O yang terlihat pada A15-A0 sebagai 0000H – 00FFH. Jika sistem tidak memiliki lebih dari 256 peranti
I/O, kita sering hanya mendekodekan alamat yang menghubungkan A7-A0 sebagai gerbang pengalamatan 8-bit. Maka , kita dapat mengabaikan alamat yang menghubungkan A15-A8. Harap dicatat bahwa register DX selalu dapat mengalamatkan gerbang I/O sebagai
00H-FFH.
Pendekodean Alamat I/O 16 bit (0000H – FFFFH)
Kita juga dapat mendekodekan alamat I/O 16 bit, khususnya didalam sistem komputer personal (PC). Perbedaan yang paling utama antara pendekodean alamat I/O 8-bit dengan pendekodean alamat I/O 16-bit adalaha adanya jalur alamat tambahan (A15-A8) yang harus didekodekan.
Contoh Kasus:
Buatlah rangkaian dekoder alamat gerbang I/O 16-bit pada lokasi 7870H-7877H
|
A15 - A12 0
1 1 1 |
A11 - A8 1
0 0 0 |
A7 - A4 0
1 1 1 |
A3 - A2 0
0 0 0 |
~ 7870H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
0 0 1 |
~ 7871H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
0 1 0 |
~ 7872H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
0 1 1 |
~ 7873H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
1 0 0 |
~ 7874H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
1 0 1 |
~ 7875H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
1 1 0 |
~ 7876H |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0
1 1 1 |
~ 7877H |
Alamat yang didekodekan A15 – A3
|
A15 - A12 |
A11 - A8 |
A7 - A4 |
A3 |
|
0
1 1 1 |
1
0 0 0 |
0
1 1 1 |
0 |
Sinyal kontrol IO/M dikombinasikan dengan alamat yang didekodekan untuk membedakan
antara pengaksesan memori dan pengaksesan gerbang I/O (I/O terisolasi memori)
Gambar 5.8 rangkaian dekoder gerbang I/O 7870H-7877H
Gambar dibawah ini adalah contoh aplikasi I/O dengan menggunakan alamat gerbang I/O
7870H yang terhubung dengan rangkaian antarmuka keluaran LED. Gerbang OR dengan Input sinyal kontrol WR digunakan untuk membedakan proses tulis (perintah OUT) dengan proses baca (perintah IN)
Diktat Sistem MikroProsesor (up8088)
39 | S i s t e m M i k r o p r o s e s o r
Contoh intruksi pada rangkaian aplikasi diatas:
MOV AL, 45H MOV DX, 7870H OUT DX, AL
Perhatikan
bahwa alamat gerbang I/O ditempatkan terlebih
dahulu ke
register
DX, kemudian
instruksi OUT
DX,
AL dieksekusi. Pada
saat instruksi
OUT
dieksekusi
sinyal keluaran dari pin IO/M dari mikroprosesor di set pada logika “1” dan sinyal WR di set pada logika “0” sedangkan sinyal RD di set pada logika “1”. Alamat I/O ditempatkan pada
Bus Alamat. Sehingga sinyal latch pada IC 74ALS374 diaktifkan yang menyebabkan keluaran Q akan menahan data yang dikeluarkan / dipindahkan dari register AL melalui bus Data.
Proses yang
sama juga
akan terjadi
pada
instruksi IN,
dimana sinyal
WR diset
pada logika”1”, sedangkan sinyal RD diset pada logika “0”. Untuk rangkaian aplikasi pembacaan
input dari gerbang I/O dapat
mengabungkan rangkaian
dekoder
dengan rangkaian pada gambar 7.9, dimana gerbang OE1 dan
OE2 (dari 74LS541) dihubungkan gerbang OR yang diinputkan dari sinyal RD dan keluaran
chip-select pada alamat 7871H seperti yang terlihat pada gambar 5.10 berikut ini:
|
MOV DX, 7871H IN AL, DX
Gambar 5.11 Rangkaian Aplikasi 2 Digit 7 Segmen pada alamat I/O 7872H Contoh instruksi menampilkan angka 45 pada 7 segmen
MOV AL, 45H MOV DX, 7872H OUT DX,
DOWNLOAD MATERI INI SELENGKAPNYA DISINI
Judul: DIKTAT SISTEM MIKROPROSESOR
Ditulis Oleh Handi
Berikanlah saran dan kritik atas artikel ini. Salam blogger, Terima kasih
Posts
Post a Comment